铁锂材料(锂电池正极“争霸”没有永远的赢家)

中国战略新兴产业融媒体记者 陈雯

我国新能源汽车市场上的纯电动汽车所搭载的动力电池，大多数为三元锂电池材料和磷酸铁锂材料。11月初，中汽协发布了动力电池月度数据，10月，我国动力电池装车量30.5GWh，同比增长98.1%。其中，磷酸铁锂电池装车量19.7GWh，占总装车量64.4%，同比增长133.2%，累计产量254.2GWh，累计同比增长190.4%；三元锂电池装车10.8GWh，同比增长55.2%，累计产量171.4GWh，累计同比增长137.9%。

结果显示，相比三元锂电池，磷酸铁锂似乎“又赢了”。

能量密度和安全性能

但实际上，此前，市场偏向的是能量密度更高的三元材料。

三元锂电池是以镍钴锰酸锂或镍钴铝酸锂为正极材料的锂电池，因其正极材料包含了镍、钴、锰/铝三种金属元素，而得名“三元”。三元锂电池能量密度高，重量轻，占用空间也小。因此，搭载三元锂电池的新能源汽车速度更快、耗电更少、续航能力更强。

根据能量密度的定义，电池的能量密度越大，单位体积或重量内存储的电量越多。在三元锂电池的诸多优势中，“高能量密度”是最突出的一项，最高可以超过300Wh/kg。

受“续航焦虑”的困扰，高能量密度的动力电池一度极受欢迎、也颇受政策扶持。2017年开始，政策针对不同电池能量密度给予不同的补贴系数，2017年最低补贴门槛是90Wh/kg，达到该标准即给予1倍补贴，超过120Wh/kg给予1.1倍补贴。磷酸铁锂电池能量密度通常在90-120Wh/kg，而三元锂电池能量密度可以保持在200Wh/kg左右。

而若电池能量密度一直没有突破，纯电动车的续航里程就无法大幅提高，若发展一直依赖于政策支持，新能源汽车的市场活力就无法有效激活。于是当时的三元锂电池就凭借高能量密度，得以逐渐取代磷酸铁锂成为行业主流。

但马上就到2023年了，“续航”还是新能源汽车的主要痛点吗？过去由于充电基础设施不完善，整车续航里程也不长，人们关注和焦虑的重心集中电池的能量密度上。

而近年来，随着基建完善、市场扩大，新能源汽车渗透率持续提升，安全性能也开始得到了同样的关注。续航里程虽然有关键价值，但眼前更重要的当属安全问题。

三元锂电池在200℃以上会出现热失控，其高镍材料会发生分解，释放气体造成电池鼓包，再加上负极与电解液反应，严重的将发展成燃烧爆炸，存在安全隐患。相比之下，磷酸铁锂电池有着更强的安全性和更好的稳定性。磷酸铁锂的耐热性能更佳，它的正极材料是磷酸铁锂，能有效避免因镍、钴、铝不稳定的高温结构所带来的安全隐患。“安全第一”的议题下，“唯能量密度论”渐渐休矣。

资源掣肘，倒逼成本控制

除了有关安全的讨论，在国内对新能源汽车的补贴也在逐步退坡，补贴退坡倒逼车企控制成本。在这一背景下，比起“增效”，如何“降本”更成为了车企和动力电池企业的头等大事。

三元锂电池在“成本”局的落败，仍与其正极金属材料有关。锂电池属于资源敏感型产品，关键原材料容易形成资源对外依赖。三元锂电池使用到的镍、钴等这些金属资源，近年来，整体处于供不应求的状态，导致了原材料价格暴涨。比如钴在三元锂电池中主要用于提升电池的能量密集度，增加电池的最大输出功率。但目前全球钴矿资源分布不均，2019年，全球最大的钴矿企业Mutanda还宣布了停产。磷酸铁锂电池所需锂资源和磷酸铁资源充足，所以相关成本相对较低，因此开始被重视。

过去，三元锂电池在帮助特斯拉打造全球第一电动车品牌中扮演了重要角色。

在2020年8月，埃隆·马斯克曾预测：“只需3-4年就能实现400Wh/kg能量密度的电池单元，也就是在2023-2024年，电池重量将大大减轻。”但全球头号新能源车玩家，也开始转变了市场策略。在今年三季度投资者交流会上，特斯拉却表示，对于标准续航版Model3和ModelY，全球范围内都将改用磷酸铁锂电池。很快，特斯拉确认了与宁德时代的供应协议，并在上海工厂生产配置磷酸铁锂电池的新能源汽车。

乘用车搭载磷酸铁锂电池的车型一直在稳步增多。除特斯拉以外，比亚迪汉、宏光MINI等车型也拉动磷酸铁锂装机量回升，新势力小鹏等车企则陆续推出磷酸铁锂版本车型，戴姆勒集团也表示，将使用更便宜但功率较低的磷酸铁锂电池。

行业整体数据是，在2019、2020年，三元材料在新能源乘用车市场快速放量，占动力电池比重均超过60%。而从2021年起，磷酸铁锂电池的装机占比从38.3%开始一路追赶三元锂电池，甚至可以实现连续多月反超，2021年占比超51%。从产量角度看，磷酸铁锂电池更是早已高过三元锂电池。

新能源与智能网联独立研究员曹广平认为，相比三元锂电池，磷酸铁锂电池成本低、安全性好，更符合车企降本需求。

“随着新能源汽车市场竞争日趋激烈，大部分车企产品也在降价，因此车企势必会采购成本更低的磷酸铁锂电池。”

另外，曹广平还认为，目前硅负极或高硅含量的硅碳负极材料，优势在于克容量较大，理论上是现有石墨负极的几倍或十倍以上，因此使用硅做负极可大幅提高锂离子电池的能量密度。锂负极或锂混合负极产业化之前，硅碳或硅负极很可能有一定的市场窗口期，其长短取决于能否补齐自身短板以及下一代锂负极的难题何时攻克。

也就是说，相关材料的研发的突破一直在进行。我们也不必急于给三元锂电池和磷酸铁锂电池的技术路线之争下定论。

多条路线，持续发力

受益于磷酸铁锂行业的高景气度，相关企业经营业绩普遍实现大幅提升。

宁德时代前三季度全球动力电池装机量达119.8GWh，以同比增长100.3%。锂全产业链企业赣锋锂业，前三季度实现营收276.12亿元，同比增长291.45%，其中第三季度实现营收131.68亿元，环比实现翻倍增长。磷酸铁锂龙头德方纳米前三季度营业收入、净利润分别为144.16亿元、18.28亿元，同比增幅分别为519.79%、628.20%。在经营业绩实现高增长的同时，为进一步提升持续盈利能力及综合竞争实力，上述企业也纷纷提出投资计划，持续扩充磷酸铁锂产能规模。

总体而言，相对三元锂电池，磷酸铁锂的优势体现在低成本、高安全性，以及稳定的原材料供应，在市场导向偏向这两个因素时，磷酸铁锂得以持续保持快速增长势头。

当然，业界在进一步提升三元锂电池的能量密度、进一步提升电池中镍的比重等方面也仍持续发力。2021-2022年，多家主机厂申报了搭载系统能量密度超过200Wh/kg的纯电动车型，都采用三元技术路线，其中，宁德时代给东风岚图纯电动MVP配套的三元锂电池系统能量密度高达212Wh/kg。3月，宁德时代首席科学家吴凯表示，公司通过技术迭代研发出第三代CTP技术，可应用于旗下LFP电池和三元锂电池，又称“麒麟电池”，计划于今年二季度内正式发布。在磷酸铁锂电池装机领域，宁德时代与比亚迪的装机量十分接近，二者市场份额仅相差1.44%。

不过在三元锂电池装机领域，宁德时代仍“独占鳌头”，市占率较第二名中创新航高出52.08%。

三元朝高镍化方向发展符合高能量密度和降钴降成本的趋势，而往后，正极材料的发展不会止步于此。

高能量密度方面，除了高镍三元外，镍锰酸锂、富锂锰基正极等高压材料也极具发展前景。有报道称，宁德时代、欣旺达及亿纬锂能的磷酸锰铁锂电池已在今年上半年通过电池中试环节，正在送样品给车企测试。预计2-3年内，富锂锰动力电池将会成为动力电池的主流产品之一。

另外，动力电池及汽车厂商也开始将低钴、无钴作为动力电池技术的研发方向。

而在性价比方面，磷酸铁锂可通过掺锰制备磷酸锰铁锂来提高电压平台进而提高能量密度。

我们可以看见新能源汽车连续取得的亮眼成绩，也必须肯定这仍是一个处于快速变革的行业。如今，磷酸铁锂已经形成了与三元锂电池“平分天下”之势，至于哪条技术路线将“称霸”，恐怕还没有唯一的答案。

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